在宇宙黎明时期的星系中发现三个超大质量黑洞

在一个遥远、也就是形成年代极古老的星系内部，发现了三颗超大质量黑洞。该发现帮助人类窥探早期宇宙中黑洞的合并与成长机制。

来自星系J0148‑4214的光线向地球传播了超过125亿年，我们观测到的是该星系处于宇宙大爆炸后约12亿年时的样貌。由马克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）牵头的国际研究团队，在这个古老星系中识别出三颗正在吸积物质的超大质量黑洞，每一个黑洞都不断从周围的吸积盘攫取物质。

由于距离极其遥远，宇宙膨胀拉长了该星系发出的光波，测得红移z=5.02。天文学家依靠该红移值确定J0148‑4214的距离，还原我们所观测对应的宇宙历史时刻。

“这是人类首次在遥远宇宙的同一个星系内，找到三颗活跃黑洞的观测证据。”本研究第一作者、MPE课题组负责人Hannah Übler说道。其中两颗黑洞紧邻星系中心，投影间距仅620光年；第三颗黑洞距离星系中心约5500光年。“这说明早期宇宙环境可以高效促使大质量黑洞相互靠近，也为未来引力波天文台探测大质量黑洞合并事件埋下现实依据。”Übler表示。

星系演化相关观测理论认为，宇宙早期星系之间频繁相互靠近、发生并合，它们各自的中心黑洞也随之合并，在合并后形成的新星系内诞生质量更大的黑洞。

氢的光谱特征，揭示三颗活跃黑洞天文学家利用受黑洞引力作用高速运动的氢原子所产生的独特光谱信号，定位黑洞。星系中心区域的光谱呈现复杂特征，该特征用两颗彼此靠近的黑洞可以得到最好解释。

这一对黑洞无法被设备拆解为独立点光源，研究人员使用光谱天体测量法——该技术能够测量星系发射线极其微小的空间偏移，以此确定二者位置。而第三颗活跃黑洞，是在对星系外围区域观测时被发现。

测算得到三颗黑洞质量分别约为太阳质量的8000万倍、60万倍和200万倍。质量最大的8000万倍太阳质量黑洞，吸积速率反而低于旁边那颗60万倍太阳质量的黑洞。这个小质量黑洞的吸积速度极高，已经超出黑洞基础生长模型给出的理论上限，即爱丁顿极限。

“JWST的数据不仅帮助我们识别出这三颗黑洞，还可以估算黑洞质量、吸积速率以及星系的恒星总质量。”论文第二作者、MPE研究员Giovanni Mazzolari博士介绍，“我们测得该星系恒星总质量约为13亿倍太阳质量，这几颗黑洞在星系总质量中占据不可忽视的比重。”

未来合并或将加速黑洞成长位于星系中心的两颗黑洞预计会在数亿年内发生并合，这为理解年轻宇宙中大质量黑洞快速增长，提供了又一条可能途径。剑桥大学教授、论文共同作者Roberto Maiolino说：“这一结果令人十分振奋。它表明黑洞并合，是早期宇宙中大质量黑洞实现快速成长的另一条有效路径。”

处在星系外围的第三颗黑洞，存在多种演化可能性：它或许来自更早的一次星系并合事件，受引力反冲效应被抛出星系中心；也有可能正朝着星系中心向内运动。

该观测也体现出空间分辨光谱对于搜寻遥远星系多颗活跃黑洞的价值。如果没有NIRSpec‑IFS积分场光谱仪提供精细空间信息，天文学家很可能只会探测到三颗黑洞中的其中一颗。

图1：AI生成的遥远星系可视化图像。星系内除尘埃、气体与年轻恒星外，还存在三个活跃大质量黑洞（黑色球体，不代表实际比例），黑洞周围伴有明亮吸积盘。背景可见其他遥远星系，前景分布数颗恒星。图源：MPE，AI生成图2：遥远星系J0148‑4214的电离氢（Hα）分布图。三个大质量黑洞的位置由黑色圆圈标记（非实际比例）。质量最大与质量最小的黑洞位于星系中心；第三个黑洞处在星系外围。图源：Hannah Übler图3：JWST望远镜

Reference: “BlackTHUNDER: Evidence of three massive black holes in a z ∼ 5 galaxy” by Hannah Übler, Giovanni Mazzolari, Roberto Maiolino et al., 12 August 2026, Astronomy & Astrophysics.DOI: 10.1051/0004-6361/202557419From the SciTechDaily newsletter.